Memoria para optar al título de Ingeniero Civil de Minas / A lo largo de los años la minería ha incrementado sus costos en energía eléctrica, por lo que ha sido necesario trabajar con energías renovables para amenizar este impacto, por esta razón la implementación de paneles fotovoltaicos a la molienda SAG es un proyecto atractivo y proyectado a la futura minería. A partir del párrafo anterior, este estudio busca evaluar la implementación de la gestión de demanda en el molino SAG considerando aplicar el mismo sistema en el transporte de mineral desde la mina hasta la zona de stockpiles, el que será diferenciado en dos stockpiles por la dureza diferenciada de mineral y así comprobar si el proceso de DSM es factible, disminuyendo los costos asociados a la operación. Con los resultados se tiene que al aplicar la gestión de demanda que diferencia el mineral por su característica de dureza, genera una disminución en los costos operacionales para la simulación. A medida que aumenta el plan de producción de la mina, esta entrega un valor de hasta un 13% menor que el caso base (un funcionamiento sin gestión de demanda) para un procesamiento de 9000 tph. Además, el costo operacional es menor en las simulaciones de los casos DSM que presentan una cantidad de mineral diferenciado (alta o baja dureza) que es un 20% de la cantidad total de mineral, generando una diferencia en el costo operacional de hasta un 5%. Por último, el costo capital del Caso DSM es mayor que para el Caso Base, esto se debe a la incorporación de todo el circuito complementario para la instalación del segundo stockpile que alimenta el mineral diferenciado por la gestión de demanda al molino SAG. Por la información recopilada va a corresponder al 2% aproximadamente. El costo operacional de la mina es un 90% mayor que el costo del Molino SAG, por lo tanto, al aplicar la gestión de demanda es recomendable ajustar un plan minero que cumpla con la extracción de mineral e incorpore la nueva condición. De esta manera se logre utilizar la gestión de demanda energética y hacer una minería más sustentable con el medio ambiente.

Memoria para optar al título de Ingeniera Civil Mecánica / El potencial energético que posee el recurso geotérmico y solar en el norte de Chile, en conjunto con el interés de promover el uso de energías renovables en el país, han sido los motivos de llevar a cabo este trabajo de investigación, en el cual se evalúa la integración de la tecnología solar de concentración a una central geotérmica de ciclo binario basada en el mecanismo de operación de Cerro Pabellón, la primera planta geotérmica de Chile y Sudamérica. El modelo propuesto tiene el objetivo de aumentar la potencia eléctrica de la central geotérmica a través de la integración de un segundo bloque de potencia que utiliza el fluido geotermal y la potencia térmica suministrada por la tecnología termosolar para la generación de trabajo útil. Dicha integración se realiza procurando no alterar las condiciones de operación del ciclo orgánico, donde se considera además minimizar el riesgo de precipitación de sílice al interior del nuevo ciclo de potencia. Con relación a la tecnología termosolar implementada, esta corresponde a la tecnología de colectores cilindro parabólicos, para la cual, se proponen diferentes magnitudes de potencia térmica, múltiplo solar, horas de almacenamiento térmico y temperaturas nominales de operación del fluido de trabajo. La combinatoria de estos parámetros da lugar a diferentes configuraciones híbridas, las cuales son evaluadas a nivel termodinámico y económico. Para llevar a cabo dicha evaluación, se realiza en primer lugar la construcción del modelo termodinámico del sistema geotérmico en el programa Engineering Equation Solver, donde posterior a su validación, se procede a construir el modelo termodinámico del sistema híbrido. Las diferentes configuraciones híbridas son simuladas en régimen estacionario y transiente, donde, para llevar a cabo esta última, se complementa el programa Engineering Equation Solver con el programa System Advisor Model. A partir de la simulación realizada en régimen estacionario, se obtiene que con una potencia térmica del campo solar igual a 60 MWt, es posible aumentar la potencia eléctrica de la central en un 50% aproximadamente. A nivel exergético, se determina adicionalmente que los equipos con mayor destrucción de exergía en el nuevo bloque de potencia corresponden a los intercambiadores de calor, a los cuales se les atribuye cerca de un 72% de la exergía neta destruida en este nuevo ciclo. Por otro lado, a partir de la simulación transiente se obtiene que a medida que el valor del múltiplo solar y las horas de almacenamiento térmico aumentan conjuntamente, aumenta la producción eléctrica anual del ciclo geotérmico-solar. Con relación al factor de capacidad en función de estos dos parámetros, se determina que es posible aumentar su magnitud desde un 18% a un 71% cuando las magnitudes del múltiplo solar y horas de almacenamiento térmico corresponden a los máximos valores considerados. Por último, la evaluación económica realizada en base a la estimación del LCOE, arroja que las configuraciones híbridas alcanzan valores competitivos a pesar de las diferentes restricciones consideradas en este estudio para llevar a cabo la integración del recurso solar a la central geotérmica, donde, el mínimo valor obtenido es 81,19 US$/MWh, el cual es un 9,8% menor al mínimo LCOE estimado para una central geotérmica de 20 MWe instalada en Chile.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / El proyecto tiene su génesis en la necesidad del HOTEL EL MORADO LODGE de generar su propia energía para el servicio de sus operaciones, por lo que contrata a la empresa de ingeniería ESCOCHILE para que le desarrolle un sistema de cogeneración a partir de un grupo electrógeno (GE) de 150 kW a Gas Licuado de Petróleo (GLP). A su vez, ESCOCHILE ofrece a los autores del documento participar en el desafío y presentarlo como proyecto de título de ingeniería Mecánica. En esa perspectiva los memoristas se encargan de integrar un kit de cogeneración para aprovechar el calor residual del proceso de generación de electricidad a través de un GE, con la finalidad de temperar una piscina de 172 m3 perteneciente al Lodge. El objetivo general del proyecto es desarrollar, diseñar, integrar y probar un módulo de cogeneración para un grupo electrógeno existente. Los objetivos específicos son: reconocer el contexto energético nacional e identificar la oportunidad para realizar cogeneración en el sector residencial/comercial aislado; reconocer el equipo y efectuar su balance térmico; diseñar y seleccionar sus componentes y el sistema de control del módulo de cogeneración; construir y montar el módulo de cogeneración; evaluar el desempeño del módulo de cogeneración, y desarrollar una evaluación económica y de eficiencia energética del proyecto. La metodología para cumplir los objetivos específicos comprende: la realización de un levantamiento técnico de información; el desarrollo de una metodología de cálculo para dimensionar las componentes; la evaluación experimental en sitio del desempeño de la unidad cogeneradora y; finalmente, la evaluación de los ahorros energéticos que la unidad cogeneradora permite alcanzar, con respecto a generación eléctrica pura y suministro de calor con una caldera, a partir de la cual se efectúa la evaluación de la rentabilidad económica del proyecto. Los principales resultados del proyecto muestran que, para una demanda eléctrica de 37 kW, el módulo de cogeneración recupera, en promedio, unos 116,2 kW térmicos lo que permite mantener la temperatura de la piscina a 30 °C. En esas condiciones la eficiencia global del sistema cogenerador se estima en 79,71%, valor que se considera bueno comparado con cogeneradores a GLP existentes. Otro resultado notable del proyecto es que se logra construir 2 cogeneradores a GLP para el HOTEL NOI PUMA LODGE, en los que se incluyen mejoras en el diseño a partir de las lecciones aprendidas. La conclusión global del trabajo es que la cogeneración, con GLP a baja escala, desarrolla alta eficiencia produciendo rentabilidad en términos económicos; lo cual permite inferir que la cogeneración remota con GLP es conveniente y adecuada para generación off grid en el sector residencial/comercial.

Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / CONICYT

TESIS PARA OPTAR AL GRADO DE MAGÍSTER EN ADMINISTRACIÓN / Pizarro, Ramón, [Parte I], Mella, Guillermo, [Parte II] / A partir de la publicación de la Ley 20.805 del Ministerio de Energía, clientes de energía eléctrica podrán optar por un régimen de tarifa libre, en detrimento de una tarifa regulada, por las empresas distribuidoras de energía del mercado local. El cambio supuso la creación de una oportunidad de negocio e involucró al sector energético, a los encargados de la generación (Generadoras), a los encargados de la transmisión y encargados de la distribución (Empresas Eléctricas). El proyecto de "Brokers de Energía en Chile”, asume como desafío el asesoramiento estratégico y técnico, para usuarios susceptibles de cambiarse de tarifas reguladas a tarifas libres de mercado, dado que para muchas empresas las materias energéticas, no son el core de sus negocios. El servicio será suministrado por la sociedad Energy Advisory Ltda., con marca comercial “Energi-A”, que prestará servicios de asesorías de eficiencia energética a compañías comerciales, industriales, empresas de servicios y explotación de materias primas, ubicadas en la I, II y Región Metropolitana del país. El objetivo de Energi-A, es alcanzar en el plazo de 3 años, ingresos por sobre los MM$222, que es el proyectado de ingresos de contratos solo con 7 nuevos clientes que tenga la capacidad conectada mínima que indica la ley. El ingreso corresponde al cobro de la comisión del servicio de asesoría, a un promedio del 12% con una proyección a 12 meses, sobre los ahorros de eficiencia en materia energética del cliente. Con una inversión para capital de trabajo de MM$28, principalmente destinado a soportar la operación los primeros años del proyecto. Por la naturaleza del servicio de asesorías en eficiencia energética, el proyecto no presenta riesgos críticos en la propuesta del plan estratégico. Por lo tanto, la invitación es a sumarse a un proyecto que promueve “La eficiencia energética”, que reviste una importancia crítica para alcanzar mejores usos de recursos y aporta un gramo de arena a combate por el cambio climático.

Magíster en Gestión y Políticas Públicas / El presente trabajo mide el impacto de los factores que han incidido en la caída de costo marginal del 33% en el Sistema Interconectado Central (SIC) en el 2016, un fenómeno que no se veía en casi 10 años, desde el corte de suministro de gas argentino en 2006. Algunos expertos plantean que tal caída se debió a cuatro factores que conjuntamente incidieron en ella: cambios climáticos, incorporación de energías renovables, caída de precios de combustibles fósiles en el mercado internacional, y bajo crecimiento de la demanda en 2016. Este trabajo busca medir el grado de impacto y la efectividad de la caída de esos factores debido a las incertidumbres caracterizadas por las oscilaciones anteriores. Esta no es la primera caída durante el periodo en estudio. Con todo, es la mayor de todas y merece un análisis, ya que también se debió a la intervención de políticas del gobierno a través de la implementación de medidas tomadas en la agenda de marzo de 2014, las cuales permiten elevar al 70% la participación de Energías Renovables No Convencionales (ERNC) hasta 2050 en toda la matriz eléctrica chilena. Como metodología: para llegar a los resultados esperados se creó una base de datos con variables asociadas a todos los factores. Seguidamente, se agrupó las variables según los factores, y utilizando el programa SPSS, se realizó un análisis de regresión lineal múltiple para estimar factores de mayor incidencia en el costo marginal. Los resultados obtenidos en el estudio muestran que la intervención de políticas gubernamentales (a través de incentivos a la incorporación de ERNC en el SIC), han determinado en gran medida la reducción del costo marginal. A esto le siguen los cambios climáticos y la caída de precios de combustibles fósiles en el mercado internacional. No se ha verificado una correlación estadísticamente significativa entre el factor bajo crecimiento de la demanda y el costo marginal.

Ingeniero Civil Mecánico / La crisis mundial medioambiental actual ha llevado a diversas naciones a masificar el uso de energías renovables no convencionales como la solar con tal de purificar su matriz energética. Los gradientes de temperatura entre las distintas celdas que conforman un módulo fotovoltaico, provocan ineficiencias en el comportamiento, debido a que se produce un efecto denominado dispersión de parámetros . Lo anterior, se traduce en un perjuicio en la potencia de salida y del rendimiento, luego es necesario disminuir la temperatura de operación de las celdas. El objetivo de la presente memoria es definir el comportamiento de la temperatura al interior de la granja solar en función de la radiación incidente, pérdidas por radiación, convección y conducción, tras variar parámetros atmosféricos, como velocidad del viento y temperatura ambiente, además de parámetros geométricos, como el distanciamiento entre paneles. Tras determinar los parámetros anteriores, se procede a simular el modelo planteado en el software ANSYS FLUENT 18.1 para posteriormente realizar el análisis térmico transiente del panel fotovoltaico. Finalmente se encuentran relaciones para poder determinar la temperatura más elevada en las celdas y el distanciamiento promedio que debe tener una granja con tal de optimizar la eficiencia de esta, así poder tener inputs para un posterior desarrollo de un sistema ciberfísico. La simulación consiste en sólo una fila de 30 paneles de una granja fotovoltaica, cada panel de la marca Hareon genera 320 W por ende la cantidad evaluada generaría en condiciones óptimas 9,6 kW lo que se considera aceptable para una fila de paneles. La metodología ocupada es la siguiente: a) se realizan simulaciones para distintos casos hipotéticos de funcionamiento y distribución de los paneles en el modelo; b) se analizan que los parámetros de coeficiente de arrastre y de sustentación sean acordes a la bibliografía, así como encontrar un mallado adecuado que logre validar el modelo; c) se estudia el efecto de las variables climáticas y de la posición de los paneles en la temperatura del arreglo; d) se define una ecuación que optimice la eficiencia del arreglo sirviendo como input para el desarrollo de un posterior sistema ciberfisico. Los resultados obtenidos demuestran la importancia que tiene la temperatura ambiente o de ráfaga en el enfriamiento de los paneles, obteniendo que una diferencia de 4°C signifique un cambio de hasta 2% en la eficiencia de la granja solar. Además, se logra encontrar una relación que permite determinar el distanciamiento eficiente en una granja en función de su eficiencia y con parámetros atmosféricos extremos, obteniendo un máximo de 13% con un distanciamiento mínimo de 0,975 m entre paneles.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / En la actualidad, la flexibilidad en la operación de sistemas eléctricos, que consiste en la habilidad del sistema de adaptarse dinámicamente a los cambios de condiciones, por ejemplo, balanceando generación y demanda por horas o minutos, o desplegando nueva generación o recursos de transmisión en periodos de años, siendo especialmente atendida en los sistemas actuales con altos niveles de penetración de generación variables como solar y eólica. La flexibilidad de Sistema Eléctricos de Potencia (SEP) mezcla la operación económica y operación técnica, lo cual se ha abordado en esta tesis como una problemática de un proceso maestro-esclavo, siendo la operación económica descrita como el problema maestro y la operación técnica como el problema esclavo. Este último problema se responsabiliza de la estabilidad del sistema y de manejar los recursos para superar cualquier contingencia. Los fenómenos dinámicos que se presentan en los SEP tienen diferente naturaleza así como elementos que los causan, sin embargo lo que los expertos concuerdan es que para que un sistema sea estable, éste debe tener la capacidad de operar en todo instante de tiempo dentro de sus parámetros de tensión, ángulos y frecuencia controlables independientemente de la configuraciones del sistema, contingencias y/o parque generación para abastecer una demanda dada. Los adelantos en los dispositivos IGBT (del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) que son componentes relevantes de la transmisión HVDC-VSC (del inglés High Voltage Direct Current Voltage Source Converter) han introducido importantes mejoras en la estabilidad de SEP comparación a los sistemas HVDC basado en tiristores. En este sentido, la posibilidad de aportar reactivos al sistema y alimentar a redes pasivas ha sido un gran avance principalmente en redes débiles y en islas eléctricas (como los Sistemas Medianos en Chile), son algunos de los ejemplos de estas perfecciones. El objetivo general de esta tesis corresponde a diagnosticar el aporte de los enlaces HVDC-VSC en la flexibilidad de los sistemas interconectados como en el caso de futuras uniones regionales. Para ello primero se analiza de qué manera se debe modelar el enlace para capturar el fenómeno que se requiere estudiar y su respuesta dentro de varios componentes eléctricos. En segundo lugar la definición de estabilidad en SEP y cómo interactúan cada uno de los componentes eléctricos. En tercer lugar las formas actuales de tipo de conexiones existentes y todas las ventajas/desventajas de tomar conexión sincrónica, o en base a solo enlaces HVDC o híbridas. Por último, se presenta la metodología de incorporación de los enlaces HVDC-VSC en SEP para estudios dinámicos/estáticos realizando las simplificaciones y/o mejoras tanto al detalle del modelamiento de sus componentes físicas como de su control. Con lo anterior, se implementan 3 SEP en los cuales se incorporan los enlaces, observando una mejor respuesta dinámica y estática al tener presente los enlaces HVDC-VSC, permitiendo identificar las mejoraras en la flexibilidad. Los sistemas implementados se basaron en desplegar mayores recursos de control para el caso de las simulaciones dinámicas, lo que lleva a un mejor comportamiento dinámico del sistema (mejor coeficiente de amortiguamiento) y en el caso de las simulaciones estáticas se logra re-direccionar flujos lo que entrega una flexibilidad de red de transmisión. Las simulaciones dinámicas demuestran que la incorporación de los enlaces aumenta el amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas incrementa la respuesta dinámica del sistema teniendo mayores recursos que aporte a la estabilidad del SEP, mientras que las simulaciones estáticas demostraron que la flexibilidad de red permite desplegar mayores recursos del sistema mejorando la utilización de sistema de transmisión y por consiguiente mejorar la seguridad del sistema para abastecer la demanda en cualquier línea temporal.

Ingeniero Civil Eléctrico / El incremento en el interés por las energías renovables no convencionales a nivel mundial es un producto del cambio climático y la oportunidad de los países de disminuir el nivel de dependencia a los precios de los combustibles fósiles. Específicamente en Chile la política energética nacional tiene como objetivo lograr una matriz que se componga por al menos un 60% de ERNC s para el año 2035. Para lograr esto, se han generado distintos incentivos para facilitar la adopción de tecnologías bajas en carbono e incentivar su uso en los consumidores residenciales, como por ejemplo la ley de netbilling, el programa de techos solares públicos, entre otros. Dentro de estas tecnologías se encuentran los vehículos eléctricos y la generación distribuida, como los sistemas fotovoltaicos. Frente al aumento del uso de estas tecnologías de generación distribuida, se han realizado diversos estudios sobre el potencial impacto que podrían tener en las redes de distribución de media y baja tensión. Dichos estudios muestran como niveles altos de uso, provocan efectos importantes en las redes de distribución, como cambios en los perfiles y esquemas de regulación de voltaje, reversión de flujos, disminución de las pérdidas, cambios en la calidad de la potencia por contenido armónico, entre otros. La metodología propuesta para evaluar los impactos de la generación distribuida, se aplica para un set de redes aproximadas de media tensión, basadas en estandares reales de diseño, que se modelan para abastecer a un área de similares características que la región Metropolitana de Chile considerando 42 subestaciones. Estas conectan a un total de 397 alimentadores, los cuales abastecen a 13739 transformadores de media tensión. Las tecnologías evaluadas son las 2 con mayor proyección a nivel residencial en el país: los sistemas fotovoltaicos y los vehículos eléctricos. Los impactos evaluados son los problemas de tensión en los transformadores de distribución MT y los problemas térmicos en los conductores. Los resultados obtenidos muestran que la metodología propuesta permite realizar una clasificación de los alimentadores según sus características topológicas, y la identificación de los alimentadores más sensibles a cada tecnología. Además, se obtiene que existen grandes diferencias en la susceptibilidad a presentar problemas entre cada alimentador y subestación MT analizada. Por otro lado, también se obtienen grandes diferencias entre cada una de las simulaciones para un mismo nivel de penetración con distintas localizaciones del recurso distribuido, lo que recalca la sensibilidad a la localización de las LCT s.

Ingeniero Civil Eléctrico / Dentro de la Agenda de Energía lanzada por el Gobierno de la presidenta Michelle Bachelet en el año 2014 se encuentra la política Energía 2050, la cual surge como respuesta a la motivación de entregar una hoja de ruta hacia un futuro energético sustentable e inclusivo en el país. Existen diversos objetivos en dicha hoja de ruta, donde destaca la meta de lograr un 70% de producción anual de energía renovable no convencional al año 2050. Sin embargo, este escenario favorable desde el punto de vista medioambiental presenta riesgos desde el punto de vista de la operación del sistema, debido a que los recursos renovables suelen ser de naturaleza intermitente. En particular, grandes niveles de penetración renovables generan niveles de rampas que podrían no ser compensadas por la generación convencional, debido a la masiva entrada de la generación fotovoltaica por las mañanas y la masiva salida de las mismas en las horas cercanas al anochecer. Esto generaría a priori desbalances entre la generación y la demanda, trayendo consigo problemas asociados a la estabilidad del sistema. Dentro del contexto internacional, en la literatura se ha investigado el tema, generando propuestas metodológicas y modelos de operación acoplados en el tiempo, basados en conceptos vinculados con la planificación centralizada de sistemas de potencia. En particular, el nivel de penetración de energías de naturaleza intermitente depende del nivel de flexibilidad que el sistema refleje, por medio del empleo de las capacidades técnicas del conjunto de generadores convencionales en el problema de despacho económico, y de las reservas de operación disponibles. En el presente trabajo de título se realiza una propuesta metodológica para determinar el nivel de penetración de energías renovables óptimo en el Sistema Eléctrico Nacional, por medio de su operación económica, tal que se asegure la correcta toma de carga por parte de las centrales convencionales. En dicha propuesta, se estudia primero la confiabilidad por suficiencia, mediante el cálculo del LOLE en el caso de estudio seleccionado. Una vez verificada la suficiencia, se estudia la operación horaria a lo largo del año de estudio utilizando un modelo de operación basado en el modelo REFLEX. Una vez verificada la correcta operación del caso de estudio, se reitera la simulación anual de forma iterativa aumentando cada vez el nivel de capacidad instalada de centrales ERNC a una tasa constante. Se observan en las iteraciones las tendencias presentes en los costos de operación, el desplazamiento de la generación convencional y los niveles de vertimiento renovable, revisando las causas de las deficiencias de operación detectadas. De esta forma, los niveles de vertimiento renovable presentes surgen debido a un excedente del recurso. Con ello el sistema posee suficiente nivel de toma de carga para abastecer la demanda bajo grandes niveles de entrada y salida de generación renovable. Esto se concluye bajo las condiciones en que el modelo fue construido y ejecutado. Debido al carácter preliminar del estudio, se sugiere continuar el trabajo realizado, agregando al modelo los efectos asociados al sistema de transmisión.